Phân tích và lựa chọn thuật toán thiết kế kết cấu tàu vỏ thép theo yêu cầu của Quy phạm Việt Nam, chương 4 pot

Chương 4: Hệ thống các kết cấu
ngang
Hệ thống các kết cấu ngang nhằm đảm bảo độ bền ngang cho
kết cấu thân tàu, bao gồm:
- Sườn ngang: Các khung dầm đặt trong mặt phẳng ngang và bố trí
dọc theo mạn tàu.
-
Sườn khỏe: Các dầm tăng cường đặt trong buồng máy hoặc
khoang hàng.
-
Đà ngang đáy: Các dầm đặt ngang đáy làm đế tựa cho tôn đáy và
s
ống dọc đáy.
- Xà ngang boong: Các dầm ngang đặt dưới mặt boong để đỡ tôn
boong.
- Xà ngang c
ụt: Các xà ngang đặt ở vùng lỗ khoét trên boong, chạy
từ mạn tới lỗ khoét.
- Xà ngang khỏe: Xà ngang boong kích thước lớn cùng sườn khỏe
để tạo thành khung sườn khỏe.
2.2.3. Các hệ thống kết cấu thân tàu
2.2.3.1. Đặc điểm kết cấu khung dàn
Có thể hình dung kết cấu thân tàu được hình thành từ các
khung giàn liên kết nhau: Khung giàn đáy, khung giàn mạn và
khung giàn boong.
Hình 2.2: B
ố trí các hệ khung dàn trong thân tàu
1. Khung dàn đáy 2. Khung dàn mạn 3.
Khung dàn boong
- K
ết cấu thân tàu gồm nhiều khung giàn liên kết với nhau

- Kết cấu khung giàn gồm các dầm dọc và dầm ngang liên kết chặt
với nhau và có tấm lợp bên trên, xung quanh có phần đế và mỗi
khung giàn là đế tựa cho khung gi
àn khác.
2.2.3.2. Phân loại hệ thống kết cấu thân tàu
- Hệ thống kết cấu ngang: Các kết cấu bố trí theo chiều dài tàu dày
hơn theo chiều ngang, chịu sức bền ngang tốt, dùng trên tàu cỡ vừa
và nhỏ, bộ phận mũi, lái …
- Hệ thống kết cấu dọc: Các kết cấu bố trí theo chiều dài tàu thưa
hơn theo chiều ngang, chịu sức bền dọc tốt, d
ùng trên tàu cỡ lớn,
tàu có tỷ số L/B lớn.
- Hệ thống kết cấu hỗn hợp: Kết hợp cả hai hệ thống kết cấu ngang
và dọc, tận dụng ưu điểm của hai hệ thống kết cấu, dùng cho tàu
d
ầu, tàu chở hàng cỡ trung và lớn.
- Hệ thống kết cấu liên hợp: Khoảng cách kết cấu bố trí theo chiều
dài và chiều ngang bằng nhau, giải quyết vấn đề gia cường cục bộ
vùng chịu tải cục bộ, tải trọng va đập.
2.2.4. Nguyên tắc lựa chọn hệ thống kết cấu
- Lựa chọn hệ thống kết cấu tàu phù hợp rất quan trọng vì hình
th
ức kết cấu thân tàu ảnh hưởng lớn đến hiệu quả kinh tế kỹ thuật
của con tàu sau này.
-
Trước khi thiết kế, cần phân tích lựa chọn hệ thống kết cấu phù
h
ợp trên cơ sở đảm bảo yêu cầu về an toàn, thuận lợi trong sử
dụng, thi công và trọng lượng nhỏ nhất.
- Các hệ thống kết cấu có những ưu, nhược điểm riêng cụ thể như

sau :
2.2.4.1. Độ bền kết cấu thân tàu
- Trong hệ thống dọc, số lượng các kết cấu dọc liên tục nhiều nên
làm tăng giá trị mômen quán tính và mômen chống uốn tại mặt cắt
ngang dầm tương đương thân tàu. Do đó làm tăng khả năng chống
uốn dọc tàu có lợi cho việc đảm bảo độ bền dọc tàu.
- Trong h
ệ thống ngang, số lượng các kết cấu dọc ít nên khả năng
chống uốn dọc kém hơn hệ thống dọc nhưng vì số lượng kết cấu bố
trí theo chiều ngang nhiều nên làm tăng độ bền ngang và có lợi cho
khả năng chống ép ngang mạn tàu.
2.2.4.2. Tính ổn định của tấm
Trong hệ thống dọc, tính ổn định tấm tốt hơn và độ dầy tấm
nhỏ hơn so với hệ thống ngang vì giá trị ứng suất Ơle xuất hiện
trong các tấm của hệ thống dọc lớn hơn nhiều lần (khoảng 4 lần).
2.2.4.3. Khối lượng tàu
Đối với tàu lớn, hệ thống dọc giảm đáng kể khối lượng thân
tàu so với hệ thống ngang, tàu cỡ trung thì khối lượng thân tàu
thu
ộc hai hệ thống kết cấu không chênh lệch nhiều, tàu cỡ nhỏ thì
kh
ối lượng thân tàu trong hệ thống dọc lại lớn hơn so với hệ thống
ngang.
2.2.4.4. Khả năng thi công
- Hệ thống ngang thuận lợi hơn vì trong hệ thống dọc, số lượng kết
cấu dọc lớn nên số lượng kết cấu gia cường, nối các kết cấu dọc
không liên tục nhiều, số lỗ khoét trên kết cấu ngang để các kết cấu
dọc đi qua lớn nên khối lượng lắp ráp và hàn lớn, nhất là đối với
tàu lắp ráp theo phương pháp phân đoạn thì phức tạp và khó khăn.
2.2.4.5. Tính năng sử dụng

Hệ thống ngang có lợi hơn vì trong hệ thống dọc thường bố
trí ở khu vực boong và mạn các xà khỏe và sườn khỏe có thành cao
nên làm gi
ảm dung tích và tăng khối lượng công việc vệ sinh hầm
hàng, nhất là đối với các tàu dầu
2.2.5. Phân tích các hệ thống kết cấu
2.2.5.1. Hệ thống kết cấu ngang
 Ưu điểm
- Khả năng chịu được tác dụng của các lực theo phương ngang.
- Công nghệ chế tạo đơn giản vì số lượng kết cấu dọc ít nên có thể
tách thành nhiều phân đoạn thuận tiện cho việc thi công, đồng thời
có thể đặt các vách nằm xa nhau nên thuận lợi khi bố trí khoang
hàng.
 Nhược điểm
- Kết cấu thân tàu chịu uốn dọc và chịu xoắn kém vì số lượng các
kết cấu dọc tham gia đảm bảo sức bền chung ít.
- Có nhiều tiết diện ngang nên khi thi công dễ gây biến dạng, ảnh
hưởng độ bền vỏ.
Hệ thống ngang thường chỉ áp dụng trên tàu nhỏ và vừa để
tận dụng ưu điểm của nó vì mômen uốn chung đối với tàu này
không quá l
ớn nên ứng suất nén trong các tấm boong hoặc tấm đáy
không lớn, do đó ổn định tấm (phụ thuộc giá trị ứng suất) và cách
b
ố trí tấm thường không gây ra sự lo lắng quá mức.
2.2.5.2. Hệ thống kết cấu dọc
- Do nhà đóng tàu người Anh Scott Russel đề nghị và áp dụng cho
tàu Great Eastern từ năm 1852, mãi đến năm 1910 Đăng kiểm
Lloyd (Anh) vẫn còn ghi chữ Exp.
- Áp dụng đầu tiên trên tàu quân sự, sau đó chuyển sang tàu dân

s
ự, kể từ khi xuất hiện các loại tàu đi biển có chiều dài lớn.
 Ưu điểm
- Khả năng chống uốn dọc lớn nên giảm được chiều dày tôn bao,
gi
ảm trọng lượng tàu, thuận tiện khi áp dụng công nghệ hàn tự
động tr
ên một phạm vi rộng.
- Cho phép làm giảm đến 15% vật liệu vỏ trong khi vẫn đảm bảo
độ
bền dọc tàu vì các kết cấu chính của hệ thống dọc đều tham gia
chống uốn dọc nên mặc dù việc áp dụng hệ thống dọc sẽ tốn lượng
vật tư đáng kể để làm kết cấu gia cường nhưng cuối cùng thì lượng
vật tư đưa vào thân tàu có chiều dài đủ lớn vẫn ít hơn.
- Tính ổn định của tấm tốt hơn và độ dầy tấm nhỏ hơn vì giá trị
ứng suất Ơle xuất hiện trong các tấm hệ thống dọc lớn hơn nhiều.
 Nhược điểm
- Lắp ráp các phân đoạn rất phức tạp và khó bố trí hoặc kéo dài các
khoang.
-
Các nhược điểm trên đối với tàu cỡ lớn là không đáng kể nên hệ
thống kết cấu dọc thường được sử dụng trên các tàu cỡ lớn hoặc
các tàu có tỷ số L/B lớn.